水体增氧装置的制作方法

本发明涉及水体增氧设备技术领域，具体涉及一种水体增氧装置。

背景技术：

我国水利改革发展面临防洪抗旱能力仍薄弱、农业灌溉用水效率不高、灌溉工程覆盖率低等一系列问题和困难。从农业节水措施考虑需强化节水措施，因地制宜推广经济、成熟的节水灌溉方式，如滴灌、微型灌溉、增氧灌溉、喷灌等。目前，光伏-风能微纳米增氧系统，微纳米增氧系统等，基本与设施农业相结合，且在进水口处进行增氧处理。但现有大田种植的水体掺气增氧设备增氧效果差，导致增氧效率和设备运行成本高，且均存在结构复杂、体积庞大、造价高等缺点，不仅投入大，且收效不显著。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种结构简单紧凑、工作稳定可靠、增氧效率高、能耗和成本低的水体增氧装置。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种水体增氧装置，包括通过管路依次相连的水泵、文丘里掺气管和排放管，所述文丘里掺气管设有加气口，所述加气口连接有加气组件，所述加气组件包括缸体、与缸体配合的活塞以及由管路或文丘里掺气管内水流驱动带着活塞往复运动的驱动组件，所述缸体上设有与外部环境连通的进气口以及与文丘里掺气管的加气口连通的出气口，所述进气口设有仅能使气体进入缸体内的进气单向阀，所述出气口设有仅能使气体从缸体内输出的出气单向阀。

上述的水体增氧装置，优选的，所述驱动组件包括通过转轴安装在管路或文丘里掺气管中并能由管路或文丘里掺气管中水流驱使转动的第一叶轮，所述第一叶轮通过传动机构与活塞相连并驱使活塞往复运动。

上述的水体增氧装置，优选的，所述传动机构包括传动轴，所述传动轴通过锥齿轮机构与第一叶轮的转轴相连，所述活塞通过曲柄连杆机构与传动轴相连。

上述的水体增氧装置，优选的，所述文丘里掺气管包括管体，所述管体的一端为与水泵相连的输入口，另一端为与排放管相连的输出口，所述加气口位于输入口和输出口之间。

上述的水体增氧装置，优选的，所述管体内安装有位于加气口和输出口之间的碎泡组件，所述碎泡组件包括安装在管体中的碎泡器和安装在管体中并能由管体中水流驱使转动的第二叶轮，所述碎泡器与第二叶轮相连并随着第二叶轮同步转动，所述碎泡器由若干绕第二叶轮的转动轴线间隔布置的弧形杆构成，各弧形杆沿一端到另一端的方向与第二叶轮的转动轴线之间的径向间距逐渐增大。

上述的水体增氧装置，优选的，所述管体的输出口设有一横截面沿水流方向逐渐减小的第一锥形管段。

上述的水体增氧装置，优选的，所述管体的输入口设有一横截面沿水流方向逐渐增大的第二锥形管段。

上述的水体增氧装置，优选的，所述第二锥形管段的大径端直径与小径端直径之比为2：1。

上述的水体增氧装置，优选的，所述第一叶轮安装在管体内。

上述的水体增氧装置，优选的，所述水体增氧装置还包括用于控制水泵运行的控制组件，所述控制组件包括用于检测水体含氧量的传感器以及与水泵相连的控制器，所述传感器与控制器相连并将检测的含氧量信号传送至控制器，所述控制器将含氧量信号与设定的下极限阈值和上极限阈值进行比较并根据比较结果控制水泵的启停，当含氧量信号小于下极限阈值时，控制器控制水泵开启，当含氧量信号大于上极限阈值时，控制器控制水泵停止。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的水体增氧装置采用活塞式的加气组件进行加气，其加气稳定可靠，同时，带着活塞往复运动的驱动组件由管路或文丘里掺气管内水流驱动，不需要另外设置动力驱动件，能够大大降低能耗和成本。该水体增氧装置还具有结构简单紧凑、增氧效率高的优点。

该水体增氧装置体积小巧、造价低，对提高水体含氧量，增强水体中微生物活性，提高降解能力，提高水体的自身净化能力和防止因缺氧致使需氧生物死亡而导致生态系统溃崩等具有十分重要的意义。其不仅可用于对农业增氧灌溉高效增氧，也可以用于污染水体的高效增氧，特别是河流断面增氧站的高效增氧及于渔业养殖的高效增氧。

附图说明

图1为水体增氧装置的结构示意简图。

图2为加气组件的结构示意简图。

图3为加气组件中驱动组件的结构示意简图。

图4为加气组件中第一叶轮安装在管体中的结构示意简图。

图5为碎泡组件安装在管体中的结构示意简图。

图例说明：

1、水泵；2、文丘里掺气管；21、管体；211、第一锥形管段；212、第二锥形管段；201、加气口；202、输入口；203、输出口；3、排放管；4、加气组件；41、缸体；42、活塞；43、进气单向阀；44、出气单向阀；45、第一叶轮；451、转轴；46、传动轴；47、曲柄连杆机构；48、固定筒座；5、碎泡组件；51、碎泡器；511、弧形杆；52、第二叶轮；53、安装支架；6、传感器；7、控制器；100、管路。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1和图2所示，本实施例的水体增氧装置，包括通过管路100依次相连的水泵1、文丘里掺气管2和排放管3，文丘里掺气管2设有加气口201，加气口201连接有加气组件4，加气组件4包括缸体41、与缸体41配合的活塞42以及由管路100或文丘里掺气管2内水流驱动带着活塞42往复运动的驱动组件，缸体41上设有与外部环境连通的进气口以及与文丘里掺气管2的加气口201连通的出气口，进气口设有仅能使气体进入缸体41内的进气单向阀43，出气口设有仅能使气体从缸体41内输出的出气单向阀44，活塞42由驱动组件驱动往复运动，进而改变缸体41内部气腔的大小，当气腔增大时，出气单向阀44关闭，进气单向阀43在气腔内部负压下打开，使外部空气进入到气腔内，当气腔减小时，进气单向阀43关闭，出气单向阀44在气腔内压缩气体的压力下打开，从而将气腔中的气体加入文丘里掺气管2。该水体增氧装置采用活塞式的加气组件4进行加气，其加气稳定可靠，同时，带着活塞42往复运动的驱动组件由管路100或文丘里掺气管2内水流驱动，不需要另外设置动力驱动件，能够大大降低能耗和成本。该水体增氧装置具有结构简单紧凑、增氧效率高的优点。

本实施例中，文丘里掺气管2包括管体21，管体21的一端为与水泵1相连的输入口202，另一端为与排放管3相连的输出口203，加气口201位于输入口202和输出口203之间。

本实施例中，如图1、图3和图4所示，驱动组件包括通过转轴451安装在管体21中的第一叶轮45，第一叶轮45能由管体21中的水流驱使转动，第一叶轮45通过传动机构与活塞42相连并驱使活塞42往复运动。传动机构包括传动轴46，传动轴46通过锥齿轮机构与第一叶轮45的转轴451相连，活塞42通过曲柄连杆机构47与传动轴46相连。其中，管体21上设有一伸入至管体21内的固定筒座48，第一叶轮45与转轴451固接，转轴451通过轴承安装在固定筒座48上，传动轴46也通过轴承安装在固定筒座48上，转轴451和传动轴46直接通过两个锥齿轮相连进行传动；曲柄连杆机构47包括连杆和与传动轴46固接的曲柄，连杆的一端与活塞42铰接，另一端与曲柄铰接。当启动水泵1使管路100和管体21中形成水流时，水流驱使第一叶轮45转动，第一叶轮45带着传动轴46转动，再通过曲柄连杆机构47的作用将传动轴46转动运动转化为活塞42的直线往复运动。该驱动组件结构简单紧凑、工作稳定可靠、易于制作、成本低。本实施例的第一叶轮45是安装在管体21中，在其他实施例中，第一叶轮45也可以安装在管路100中。

本实施例中，如图1和图5所示，管体21内安装有碎泡组件5，碎泡组件5位于加气口201和输出口203之间，该碎泡组件5包括安装在管体21中的碎泡器51和安装在管体21中并能由管体21中水流驱使转动的第二叶轮52，碎泡器51与第二叶轮52相连并随着第二叶轮52同步转动，具体是，第二叶轮52的转动轴通过轴承安装在固定于管体21内的安装支架53上，碎泡器51与第二叶轮52的转动轴连接。当启动水泵1使管路100和管体21中形成水流时，水流驱使第二叶轮52转动，进而带着碎泡器51转动。碎泡器51由若干绕第二叶轮52的转动轴线间隔布置的弧形杆511构成，各弧形杆511沿一端到另一端的方向与第二叶轮52的转动轴线之间的径向间距逐渐增大，该种碎泡器51在转动时具有非常好的碎泡作用，可使掺气水流中的小气泡形成微米级和纳米级的气泡，能够大大提高气泡微纳米化效果，从而提高增氧效率，减少水体增氧装置工作时间，降低能耗。同时，该碎泡组件5由管路100中的水流驱动，不需要设置驱动件，能够大大降低能耗和成本。

本实施例中，管体21的输出口203设有一横截面沿水流方向逐渐减小的第一锥形管段211，第一锥形管段211通过减少过流截面面积、提高流速、增压加气的掺气原理使掺气水流增压加气，使气体以宏观小气泡存在，达到微纳米化的效果。同时，管体21的输入口202设有一横截面沿水流方向逐渐增大的第二锥形管段212，第二锥形管段212可使流体逐渐减速，减小湍流度，稳定性能好，以使第一叶轮45速度稳定，进而能更好的为加气组件4提供稳定的机械能。优选的，第二锥形管段212的大径端直径与小径端直径之比为2：1，这样能够获得最佳效果。

在只进行增氧的情况下，本实施例的水体增氧装置还可设置用于控制水泵1运行的控制组件，控制组件包括用于检测水体含氧量的传感器6以及与水泵1相连的控制器7，传感器6与控制器7相连并将检测的含氧量信号传送至控制器7，控制器7将含氧量信号与设定的下极限阈值和上极限阈值进行比较并根据比较结果控制水泵1的启停，当含氧量信号小于下极限阈值时，控制器7控制水泵1开启，当含氧量信号大于上极限阈值时，控制器7控制水泵1停止。上述传感器6可采用现有的氧气监测探头，控制器7可参考现有技术进行配置。下极限阈值和上极限阈值根据不同设施作物对含氧量的要求设置。通过设置控制组件，可实现水体增氧装置根据水体中含氧量变化自动启停，保证水体中含氧量处在设定的范围内。

本实施例中，水泵1的进水口还设有拦污栅，以避免吸入杂物。

根据stokes定律，气泡在水中的上升速度与气泡直径的平方成正比，微纳米气泡水从水体底部缓缓排放，由于纳米气泡在水体中与水的接触面大，上浮流速慢，接触时间长，因而氧的传质效率高，可高效提高水体的含氧量。相比其他增氧灌溉处理方式，采用本实施例的水体增氧装置进行增氧的效果明显，无二次污染，且不需要单独设置增氧泵。

经实验对本实施例的水体增氧装置的增氧效果进行分析，用烧杯测定水样澄清时间来评价增氧效果，试验结果为：取经碎泡组件5碎泡后的掺气水体作为水样，该水样从乳白色微细气泡混合液到完全澄清所用时间是1.2~2.6分钟；取排放管3排出的掺气水体作为水样，该水样的澄清时间增加到3.2~4.8分钟。根据stokes定律，微小气泡在水中上升的速度较慢，气泡与水的接触比表面积大，气泡中的气体不断溶入水中，体积会不断收缩并于水中最终溶解消失，从产生到破裂的历程通常达到儿十秒甚至几分钟。根据文献资料，现有日本hondapumps的busp大型微纳米气泡泵，产生的微细气泡直径分布在1um到50um，其微细气泡混合液的气泡悬浮时间为1分钟。由此表明本实施例的水体增氧装置产生的掺气水流中含有大量直径小于50um微小气泡，其掺气水流中微纳米级气泡的含量要远远高于现有微纳米气泡泵产生的掺气水流，其增氧效果得到显著提升。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。